LCD驱动控制实验.docx

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LCD驱动控制实验

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实验五

LCD的驱动控制实验

1.1实验目的

1．了解LCD基本概念与原理。

2．理解LCD的驱动控制。

3．熟悉用总线方式驱动LCD模块。

4．熟悉用ARM内置的LCD控制器驱动LCD。

1.2实验内容

学习LCD显示器的基本原理，理解其驱动控制方法。

掌握两种LCD驱动方式的基本原理和方法。

并用编程实现:

1．用总线方式直接驱动带有驱动模块的LCD。

2．用ARM内置的LCD控制器来驱动LCD。

1.3预备知识

1．用ARMADS1.2集成开发环境，编写和调试程序的基本过程。

2．ARM应用程序的框架结构。

1.4实验设备及工具

硬件：

ARM嵌入式开发平台、PC机Pentium100以上。

软件：

PC机操作系统win98、Win2000或WinXP、ARMADS1.2集成开发环境、超级终端通讯程序

1.5实验原理及说明

1.5.1．LCD（LiquidCrystalDisplay）原理

液晶得名于其物理特性：

它的分子晶体，以液态存在而非固态。

这些晶体分子的液体特性使得它具有两种非常有用的特点：

1、如果让电流通过液晶层，这些分子将会以电流的流向方向进行排列，如果没有电流，它们将会彼此平行排列。

2、如果提供了带有细小沟槽的外层，将液晶倒入后，液晶分子会顺着槽排列，并且内层与外层以同样的方式进行排列。

液晶的第三个特性是很神奇的：

液晶层能使光线发生扭转。

液晶层表现的有些类似偏光器，这就意味着它能够过滤除了那些从特殊方向射入之外的所有光线。

此外，如果液晶层发生了扭转，光线将会随之扭转，以不同的方向从另外一个面中射出。

液晶的这些特点使得它可以被用来当作一种开关——即可以阻碍光线，也可以允许光线通过。

液晶单元的底层是由细小的脊构成的，这些脊的作用是让分子呈平行排列。

上表面也是如此，在这两侧之间的分子平行排列，不过当上下两个表面之间呈一定的角度时，液晶随着两个不同方向的表面进行排列，就会发生扭曲。

结果便是这个扭曲的螺旋层使通过的光线也发生扭曲。

如果电流通过液晶，所有的分子将会按照电流的方向进行排列，这样就会消除光线的扭转。

如果将一个偏振滤光器放置在液晶层的上表面，扭转的光线通过（如图A），而没有发生扭转的光线（如图B）将被阻碍。

因此可以通过电流的通断改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。

也有某些设计为了省电的需要，有电流时，光线不能通过，没有电流时，光线通过。

图A 加电时                        图B 不加电时

图3-15光线穿过与阴断示意图

LCD显示器的基本原理就是通过给不同的液晶单元供电，控制其光线的通过与否，从而达到显示的目的。

因此，LCD的驱动控制归于对每个液晶单元的通断电的控制，每个液晶单元都对应着一个电极，对其通电，便可使光线通过（也有刚好相反的，即不通电时光线通过，通电时光线不通过）。

1.5.2．电致发光

LCD的发光原理是通过控制加电与否来使光线通过或挡住，从而显示图形。

光源的提供方式有两种：

透射式和反射式。

笔记本电脑的LCD显示屏即为透射式，屏后面有一个光源，因此外界环境可以不需要光源。

而一般微控制器上使用的LCD为反射式，需要外界提供光源，靠反射光来工作。

电致发光（EL）是液晶屏提供光源的一种方式。

电致发光的特点是低功耗，与二极管发光比较而言体积小。

电致发光（EL）是将电能直接转换为光能的一种发光现象。

电致发光片是利用此原理经过加工制作而成的一种发光薄片，如图3-16所示。

其特点是：

超薄、高亮度、高效率、低功耗、低热量、可弯曲、抗冲击、长寿命、多种颜色选择等。

因此，电致发光片被广泛应用于各种领域。

图3-16 电致发光片的基本结构

1.5.3．LCD的驱动控制

市面上出售的LCD有两种类型：

一种是带有驱动电路的LCD显示模块，这种LCD可以方便地与各种低档单片机进行接口，如8051系列单片机，但是由于硬件驱动电路的存在，体积比较大。

这种模式常常使用总线方式来驱动。

另一种是LCD显示屏，没有驱动电路，需要与驱动电路配合使用，如图3-17所示。

特点是体积小，但却需要另外的驱动芯片。

也可以使用带有LCD驱动能力的高档MCU驱动，如ARM系列的S3C44BOX。

图3-17 不带驱动电路的LCD结构

（1）　总线驱动方式

一般带有驱动模块的LCD显示屏使用这种驱动方式，由于LCD已经带有驱动硬件电路，因此模块给出的是总线接口，便于与单片机的总线进行接口。

驱动模块具有八位数据总线，外加一些电源接口和控制信号。

而且自带显示缓存，只需要将要显示的内容送到显示缓存中就可以实现内容的显示。

由于只有八条数据线，因此常常通过引脚信号来实现地址与数据线复用，以达到把相应数据送到相应显示缓存的目的。

下图3-18为一个典型的显示模块（HY－12864B）提供的总线接口。

图3-18 典型带驱动液晶模块的总线接口

（2）　控制器扫描方式

S3C2410X中具有内置的LCD控制器，它具有将显示缓存（在系统存储器中）中的LCD图象数据传输到外部LCD驱动电路的逻辑功能。

S3C2410X中内置的LCD控制器可支持灰度LCD和彩色LCD。

在灰度LCD上，使用基于时间的抖动算法（time-basedditheringalgorithm）和FRC（FrameRateControl）方法，可以支持单色、4级灰度和16级灰度模式的灰度LCD。

在彩色LCD上，可以支持256级彩色，使用STNLCD可以支持4096级彩色。

对于不同尺寸的LCD，具有不同数量的垂直和水平象素、数据接口的数据宽度、接口时间及刷新率，而LCD控制器可以进行编程控制相应的寄存器值，以适应不同的LCD显示板。

内置的LCD控制器提供了下列外部接口信号：

VFRAME/VSYNC/STV：

帧同步信号（STN）/垂直同步信号（TFT）/SECTFT信号

VLINE/HSYNC/CPV：

行同步脉冲信号（STN）/水平同步信号（TFT）/SECTFT信号

VCLK/LCD_HCLK：

象素时钟信号（STN/TFT）/SECTFT信号

VD[23:

0]：

LCD像素数据输出端口（STN/TFT/SECTFT）

VM/VDEN/TP：

LCD驱动交流偏置信号（STN）/数据使能信号（TFT）/SECTFT信号

LEND/STH：

行结束信号（TFT）/SECTFT信号

LCD_PWREN：

LCD面板电源使能控制信号

LCDVF0：

SECTFTOE信号

LCDVF1：

SECTFTREV信号

LCDVF2：

SECTFTREVB信号

图3-19 LCD控制器逻辑框图

图3-19为S3C2410X中内置的LCD控制器的逻辑框图，它用于传输显示数据并产生必要的控制信号，如VFRAME,VLINE,VCLK,和VM等信号。

除了控制信号，还有显示数据的数据端口VD[23:

0]如图3-19。

LCD控制器包含REGBANK,LCDCDMA,VIDPRCS,TIMEGEN和LPC3600。

REGBANK具有17个可编程寄存器和256×16颜料存储器，用于配置LCD控制器。

LCDCDMA为专用DMA，它可以自动地将显示数据从帧内存中传送到LCD驱动器中。

通过使用这一专用的DMA，可以实现在不需要CPU介入的情况下显示数据。

VIDPRCS从LCDCDMA接收数据，变换为合适的数据格式（比如4／8位单一扫描和4位双扫描显示模式）后通过VD[23:

0]发送到LCD驱动器。

TIMEGEN包含可编程的逻辑，以支持常见LCD驱动器所需要的不同接口时序、速率要求。

TIMEGEN部分产生VFRAME,VLINE,VCLK,VM等信号。

   （3）与ARM自带LCD驱动器有关的寄存器

与ARM自带LCD驱动器有关的寄存器如下表3-30所示：

表3-30端口D寄存器

Register

Address

R/W

Description

ResetValue

GPDCON

0x56000030

R/W

ConfigurethepinsofportD

0x0

GPDDAT

0x56000034

R/W

ThedataregisterforportD

Undefined

GPDUP

0x56000038

R/W

Pull-updisableregisterforportD

0xF000

Reserved

0x5600003C

–

Reserved

Undefined

对其中的几个寄存器描述如表3-31，3-32，3-33所示：

 表3-31GPDCON寄存器描述

GPDCON

Bit

Description

GPD15

[31:

30]

00=Input10=VD23

01=Output11=nSS0

GPD14

[29:

28]

00=Input10=VD22

01=Output11=nSS1

GPD13

[27:

26]

00=Input10=VD21

01=Output11=Reserved

GPD12

[25:

24]

00=Input10=VD20

01=Output11=Reserved

GPD11

[23:

22]

00=Input10=VD19

01=Output11=Reserved

GPD10

[21:

20]

00=Input10=VD18

01=Output11=Reserved

GPD9

[19:

18]

00=Input10=VD17

01=Output11=Reserved

GPD8

[17:

16]

00=Input10=VD16

01=Output11=Reserved

GPD7

[15:

14]

00=Input10=VD15

01=Output11=Reserved

GPD6

[13:

12]

00=Input10=VD14

01=Output11=Reserved

GPD5

[11:

10]

00=Input10=VD13

01=Output11=Reserved

GPD4

[9:

8]

00=Input10=VD12

01=Output11=Reserved

GPD3

[7:

6]

00=Input10=VD11

01=Output11=Reserved

GPD2

[5:

4]

00=Input10=VD10

01=Output11=Reserved

GPD1

[3:

2]

00=Input10=VD9

01=Output11=Reserved

GPD0

[1:

0]

00=Input10=VD8

01=Output11=Reserved

表3-32GPDDAT寄存器描述

GPDDAT

BIT

Description

GPD[15:

0]

[15:

0]

Whentheportisconfiguredasinputport,datafromexternalsourcescanbe

readtothecorrespondingpin.Whentheportisconfiguredasoutputport,

datawritteninthisregistercanbesenttothecorrespondingpin.Whenthe

portisconfiguredasfunctionalpin,undefinedvaluewillberead.

 表3-33GPDUP寄存器描述

GPDUP

Bit

Description

GPD[15:

0]

[15:

0]

0:

Thepull-upfunctionattachedtotothecorrespondingportpinisenabled.

1:

Thepull-upfunctionisdisabled.

（GPD[15:

12]are‘pull-updisabled’stateattheinitialcondition.）

LCD驱动控制端口与ARM的端口四是共用的，因此，要设置相应的寄存器，将其定义为功能端口，即LCD驱动控制端口，它的设置与描述如表3-34至3-49所示。

 表3-34LCDCON1设置

Register

Address

R/W

Description

ResetValue

LCDCON1

0X4D000000

R/W

LCDcontrol1register

0x00000000

 表3-35LCDCON1描述

LCDCON1

Bit

Description

InitialState

LINECNT（readonly）

[27:

18]

Providethestatusofthelinecounter.DowncountfromLINEVALto0

0000000000

CLKVAL

[17:

8]

DeterminetheratesofVCLKandCLKVAL[9:

0].STN:

VCLK=HCLK/（CLKVAL2）（CLKVAL2）TFT:

VCLK=HCLK/[（CLKVAL+1）2]（CLKVAL0）

0000000000

MMODE

[7]

DeterminethetogglerateoftheVM.0=EachFrame,1=TheratedefinedbytheMVAL

0

PNRMODE

[6:

5]

Selectthedisplaymode.00=4-bitdualscandisplaymode（STN）01=4-bitsinglescandisplaymode（STN）10=8-bitsinglescandisplaymode（STN）11=TFTLCDpanel

00

BPPMODE

[4:

1]

SelecttheBPP（BitsPerPixel）mode.0000=1bppforSTN,Monochromemode0001=2bppforSTN,4-levelgraymode0010=4bppforSTN,16-levelgraymode0011=8bppforSTN,colormode0100=12bppforSTN,colormode1000=1bppforTFT1001=2bppforTFT1010=4bppforTFT1011=8bppforTFT1100=16bppforTFT1101=24bppforTFT

0000

ENVID

[0]

LCDvideooutputandthelogicenable/disable.0=DisablethevideooutputandtheLCDcontrolsignal.1=EnablethevideooutputandtheLCDcontrolsignal.

0

 表3-36LCDCON2设置

Register

Address

R/W

Description

ResetValue

LCDCON2

0X4D000004

R/W

LCDcontrol2register

0x00000000

表3-37LCDCON2描述

LCDCON2

Bit

Description

InitialState

VBPD

[31:

24]

TFT:

Verticalbackporchisthenumberofinactivelinesatthestart

0x00

ofaframe,afterverticalsynchronizationperiod.

STN:

ThesebitsshouldbesettozeroonSTNLCD.

LINEVAL

[23:

14]

TFT/STN:

ThesebitsdeterminetheverticalsizeofLCDpanel.

0000000000

VFPD

[13:

6]

TFT:

Verticalfrontporchisthenumberofinactivelinesattheendofaframe,beforevertical

00000000

synchronizationperiod.

STN:

ThesebitsshouldbesettozeroonSTNLCD.

VSPW

[5:

0]

TFT:

VerticalsyncpulsewidthdeterminestheVSYNCpulse'shigh

000000

levelwidthbycountingthenumberofinactivelines.

STN:

ThesebitsshouldbesettozeroonSTNLCD.

表3-38LCDCON3设置

Register

Address

R/W

Description

ResetValue

LCDCON3

0X4D000008

R/W

LCDcontrol3register

0x00000000

表3-39LCDCON3的描述

LCDCON3

Bit

Description

Initialstate

HBPD（TFT）

[25:

19]

TFT:

HorizontalbackporchisthenumberofVCLKperiodsbetweenthefallingedgeofHSYNCandthestartofactivedata.

0000000

WDLY（STN）

STN:

WDLY[1:

0]bitsdeterminethedelaybetweenVLINEandVCLKbycountingthenumberoftheHCLK.WDLY[7:

2]arereserved.00=16HCLK,01=32HCLK,10=48HCLK,11=64HCLK

HOZVAL

[18:

8]

TFT/STN:

ThesebitsdeterminethehorizontalsizeofLCDpanel.HOZVALhastobedeterminedtomeettheconditionthattotalbytesof1lineare4nbytes.IfthexsizeofLCDis120dotinmonomode,x=120cannotbesupportedbecause1lineconsistsof15bytes.Instead,x=128inmonomodecanbesupportedbecause1lineiscomposedof16bytes（2n）.LCDpaneldriverwilldiscardtheadditional8dot.

00000000000

HFPD（TFT）

[7:

0]

TFT:

HorizontalfrontporchisthenumberofVCLKperiodsbetweentheendofactivedataandtherisingedgeofHSYNC.

0X00

LINEBLANK（STN）

STN:

Thesebitsindicatetheblanktimeinonehorizontallinedurationtime.ThesebitsadjusttherateoftheVLINEfinely.TheunitofLINEBLANKisHCLKX8.Ex）IfthevalueofLINEBLANKis10,theblanktimeisinsertedtoVCLKduring80HCLK.

表3-40LCDCON4设置

Register

Address

R/W

Description

ResetValue

LCDCON4

0X4D00000C

R/W

LCDcontrol4register

0x00000000

表3-41LCDCON4描述

LCDCON4

Bit

Description

Initialstate

MVAL

[15:

8]

STN:

ThesebitdefinetherateatwhichtheVMsignalwilltoggleif

0X0